对ARM和Linux的物联网远程监控终端设计分析及实现

谢娜

（陕西能源职业技术学院 陕西 咸阳712000）

对ARM和Linux的物联网远程监控终端设计分析及实现

谢娜

（陕西能源职业技术学院 陕西 咸阳712000）

随着物联网的发展，对物联网实现远程监控显得越来越重要，传统的物联网远程监控技术已经不能满足当代物联网行业发展的需要，新型的、完整的、智能程度高的监控终端是现代物联网行业研究的重点。基于此，本文提出了以ARM9硬件平台为基础建立Linux系统的物联网远程监控终端，并对该终端的设计和实现进行了简要的描述，希望能够对读者起到一定的帮助。

APM；Linux；物联网；远程监控终端；设计分析

众所周知，计算机技术已经成为了推动社会的发展的核心动力，嵌入式系统也逐渐被人们所认知，并且得到的广泛的应用。嵌入式系统的优势在于其成本低、功耗小、性能高以及可靠性和配置型均比较强，已经成为了现代监控终端设计的发展趋势。物联网行业的发展已经买入了一个全新的阶段，如何提高物联网的安全管理水平以及监管效率是物联网行业发展的关键问题。

1 ARM和Iinux的物联网远程监控终端设计分析

1.1 系统结构

从系统需求需要的角度分析，该终端需要采集现场的视频信息、温度传感器以及浓度传感器数据，此外，向用户提供Web Service服务，用户只要通过电脑或者智能手机对浏览器进行访问就能对数据信息进行了解，同时客户可以利用浏览器在查看监控信息的时候控制输出终端的IO点，如图1所示。

图1 终端系统功能图

由图1可得，该终端系统的功能设计需要涉及多种模块，主要包括处理器模块、摄像头、传感器信号采集、网络处理模块、IO控制接口、显示模块以及电源模块等等。

1.2 硬盘选型

处理器设计采用的是S3C2440芯片，该芯片主要采用的是32位的RISC指令集，属于一种微控制器芯片，具有价格低、功耗少、性能高的特点。同时，S3C2440芯片为ARM9内核。该芯片具备独立的16KB指令和16KB数据Cache，减少了无用组件的设计，有效的降低了系统的成本投入，属于一种典型的低功耗设计，因此S3C2440的实用性非常强。

数据处理模块主要由处理器、RAM和ROM三部分构成，其中板载ROM包含两个芯片，一片是装载BIOS的2MB Nor Flash芯片，另一片是 Nand Flash的系统ROM其容量为256MB，同时，外接两片SDRAM芯片其总容量为64 MB，并包含12 MHz的发生电路和外围相关电路。介于，S3C2440需要1.2 V内核供电和3.3 V外围供电，因而该模块在设计中需要引入两种串口。

Linux串口实现程序的主要作用是串口进行设置，主要是通过对struct termios结构体各成员值的进行设置来完成对串口的设置。一般情况下，Linux下串口文件位于/dev之下，其中内核中串口1为/ dev/ttyS0，串口二为/dev/ttyS1，利用标准的文件打开函数来实现对串口的打开，当串口设置完成之后就可以对初始化命令进行接收以及等待接收命令了。

传感器作为该终端设计的重要组成电子元件，其最主要的作用是实现物理量到电参量的转换，该终端的设计过程中需要使用一个温度传感器，用来完成对当前环境温度的数据信息采集，并利用处理器和通信模块实时地将采集到的温度数据信息进行传输，用来供用户进行查看以及记录。

气体浓度传感器也是该终端设计中不可或缺的组成部分，该终端设计选用的是TPS2534系列的气体浓度常感器，这种常感器的优点在于体积小、精度高、适用性强以及响应速度快，其设计的主要目的就是对气体浓度进行检测，是现阶段应用范围最为广泛的。TPS2534系列常感器还有一个作用就是利用内部的热敏电阻实现对外部环境温度的测量，为外部温度的测量提供辅助作用。

1.3 基于S3C2440的硬件设计

S3C2440芯片采用的是32位ARM920T的CPU核，并且集成了ARM结构的MMU单元以及包含了非常多的接口电路。基于S3C2440的硬设计图如图2所示。

由图2可知，基于S3C2440的硬件系统设计主要包括以太网接口路电路、WEB远程控制系统硬件接口、LCD中英文显示屏以及Internet网4部分。

1.4 软件设计

软件系统设计的主要目标在于对相关数据进行采集以及开启网络服务，软件系统的结构和功能是该终端各项功能正常进行的核心和支柱。软件系统的设计是在Linux操作系统的基础上建立的。由于各项功能的进程是不尽相同的，如果想要使各项功能正常有效配合进行就需要在各项功能进程之间建立有效的通，因此，包含算法代码在内的还涵盖系统内核、各模块驱动程序、程序及算法程序以及各项服务程序等，其完整的系统软件流程图如图3所示。

图2 基于S3C2440的硬件设计图

图3 系统软件流程图

如图3所示，当启动Linux操作系统后，首先对各项设备的硬件驱动进项加载，尤其是温度传感器驱动以及浓度传感器驱动，然后对Web Service服务进行加载，紧接着对MJPG-Steramer服务进项加载，当上述准备完成之后，系统就开始等待由WEB发来的请求信息，接收到请求信息后，系统就会向视频处理模块和数据采集模块发出请求，再从A/D模块读取信息，进一步计算出温度和浓度的数据信息，最后通过网页将结果展现在客户面前。

2 ARM和Iinux的物联网远程监控终端的实现

2.1 数据采集系统的实现

正如上文所述，该终端的设计离不开对传感器的依赖。传感器所收集到的物理量首先转变为相应的电信号，然后电信号再通过一系列的处理措施转变为数据采集所需要的电信号。其中，模拟信号利用A/D转变为数字信号，而脉冲信号则利用脉冲计数器进行计数处理，数字信号通过串口或者SPI总线发送至RAM处理器，再由RAM处理器通过特定公式将数字信号转变为实际数据值，然后实际值、传感器类型、终端名称以及数据包头和包尾按照规定格式打包后一方面发送USB数据将数据存储在U盘中，另一方面将数据发送至串口存储到本地计算机中，进而远程发送至数据监控中心。

2.2 本地存储功能的实现

在移动通讯技术飞速发展以及GPRS/CDMA的日臻成熟的背景下，出现故障的概率逐渐降低，数据丢失的现象也是鲜有发生。但是由于其他因素（软硬件、人员操作失误等）而造成的数据丢失现象仍然是现阶段系统开发设计应当考虑的关键问题。本文所采用的S3C2440芯片以ARM9为核心，并使用UDisk利用USB接口和ARM+Linux模块连接在一起，故而操作系统就能够利用USB驱动操作UDISK。其主要原因在于以ARM处理器为核心的系统，具有USB驱动、设备挂载和文件操作等功能，有效的为U-DISK存储功能的实现提供了保障。

2.3 远程控制功能的实现

无线远程控制系统主要是通过系统采集温度传感器和气体浓度传感器对所监测的环境的温度和气体浓度的数据信息进行收集，并根据这些信息利用控制辅助设备对所监控的环境进行控制管理，从而实现对环境因子的有效调节控制。GPRS无线远程通信技术是文中实现远程监控的技术基础，其核心是GSM/GPRS模块MC39i，MC39i模块利用ZIF连接SIM卡支架和电源完成外围电路的设计，并通过串口与处理器相连接，实现数据信息的双向传输。

3 结束语

综上所述，文中主要对ARM处理器和Linux操作系统的物联网远程监控终端的设计和实现进行了简单的分析。该设计体现出了成本低、应用规模大、安全可靠性强等优点，符合现代行业发展的要求，因此该设计必定会得到更加广泛的认可和应用。

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Design analysis and implementation of remote monitoring terminal for Internet of things in ARM and Linux

XIE Na
（Shaanxi Energy Institute，Xianyang 712000，China）

With the development of things，to things remote monitoring becomes increasingly important，the traditional networking remote monitoring technology can not meet the needs of contemporary material development of the networking industry，new，complete，high degree of intelligence surveillance terminal is a modern networking industry research.Based on this，we propose to establish ARM9 hardware platform based on Linux system Things remote monitoring terminal，and the design and implementation of the terminal is described briefly，hoping to play a helpful reader.

APM；linux；networking；remote monitoring terminal；design analysis

TN0

：A

：1674－6236（2017）01-0163-03

2015-10-25稿件编号：201510175

谢 娜（1982—），女，山西临猗人，硕士，讲师。研究方向:计算机应用技术，计算机网络技术。